專利名稱：閥門電動裝置的制作方法
這是一項有關電動機械的發(fā)明，更確切地說，是針對那些閥門電動裝置的，這類裝置可作為各種不同途的數(shù)控執(zhí)行機械。
同步電機的高可靠性和操縱的靈活性使得這類裝置在自動化設備的精密閥門電動方面應用前景廣闊，現(xiàn)在，這些自動化設備已廣泛地應用于各種不同的技術領域。
但是，在現(xiàn)有的閥門電動裝置中沒有考慮到由于電源電壓的波動、電源電路中電阻的變化，所應用的電壓源內(nèi)阻為有限值，以及換向時產(chǎn)生的瞬時脈動的補償問題。因為上述原因，速度的調(diào)節(jié)范圍縮小了，而脈動增大了。此外，機械性能的剛度也降低了，因而使得對同步電機的位置和速度的控制變得更為復雜。
我們知道，閥門電動裝置包括一個帶有軸位置傳送器的同步電機;包括一個固定存儲器，它通過一些地址輸入接口與控制單元的輸出接口相接，并通過相應的輸出接口與以同步電機的線圈匝數(shù)為標準的比較器的輸入端相連，而該比較器的輸出端又與接在同步電機線圈上的電源電壓較換器的輸入端相接。在逆向運動時，由于在上述接線圖中旋轉(zhuǎn)力矩的改變，由于沒有補償電源電壓的漂移和脈動的手段，以及由于加在同步電機線圈上的寬脈沖調(diào)制電壓的交變頻率，同步電機轉(zhuǎn)動速度的調(diào)節(jié)范圍受到了限制。此外，由于在實用的電動裝置中電壓源的內(nèi)阻為有限值，因而其機械特性的剛性是不高的。
在有些閥門電動裝置中克服了上述的一部分缺點。這種閥門電動裝置包括一個帶有軸位置傳送器的同步電機，該傳送器的輸出端與固定存儲器的地址輸入接口之間有著電的聯(lián)系。固定存儲器中存入了同步電機線圈供電電源脈沖的寬度和極性的代碼，線圈電源的輸出總線接在代碼變換器的控制輸入接口上，變換器把代碼轉(zhuǎn)換成隨同步電機線圈匝數(shù)而改變的脈沖寬度。變換器的輸出端接到轉(zhuǎn)換器的脈沖寬度指令的輸入端，而轉(zhuǎn)換器脈沖極性指令的輸入端則接到固定存儲器的相應的輸出接口上，控制信號的極性指令輸入線并聯(lián)在一起，并在其上加有關于控制信號極性值的信號，而極性信號指令的輸出則與同步電機的線圈相連。這種閥門電動裝置還包括有一只振蕩發(fā)生器，它的輸出端接在被控制的頻率分頻器的輸入端，而在受控分頻器的控制輸入端則加上控制信號模的代碼。受控分頻器的輸出接到變換器的脈沖頻率指令輸入口，變換器把代碼轉(zhuǎn)換成脈沖寬度。這種裝置還包括一個接在轉(zhuǎn)換器上的電壓源。
在上述的那些閥門電動裝置中并不能消除逆轉(zhuǎn)運動時發(fā)生的旋轉(zhuǎn)力矩量的變化，同時，也還存在著因為沒有采取補償脈動和電壓源漂移的措施而造成的旋轉(zhuǎn)力矩量的變化。雖然由于同步電機線圈電源的脈沖頻率穩(wěn)定了，這些變化比一般電動裝置的要小些，但是，因為電壓源的內(nèi)阻為有限值，電動裝置的機械特性的剛性仍是不高的。
本發(fā)明的基本任務是制造一種閥門電動裝置，其中借助引入的反饋，保證加在同步電機線圈上的電壓偏移得到補償。
所提出的任務用下列方法給予解決。閥門電動裝置包括一個帶有軸位置傳送器的同步電機，它的輸出端和固定存儲器的地址輸入接口之間為電連接，此固定存儲器中已寫入同步電機線圈電源脈沖寬度和脈沖極性的代碼。存儲器的輸出總線接向代碼變換器的控制輸入端，該變換器把代碼按同步電機線圈匝數(shù)變成不同的脈沖寬度，變轉(zhuǎn)器的輸出接到按同步電機線圈匝數(shù)產(chǎn)生不同脈沖寬度的轉(zhuǎn)換器的輸入端。給出不同脈沖極性的轉(zhuǎn)換器的輸入端則直接與固定存儲器的相應輸出端相連，控制信號極性的指令輸入端并聯(lián)在一起，同時，在其上加有與控制信號極性相關的信號，極性轉(zhuǎn)換器的輸出接在同步電機的線圈上。本發(fā)明提出的電動裝置包括一個振蕩發(fā)生器，其輸出端與被控頻率分頻器的輸入端相接，在分頻器的控制頻率輸入端上加上了控制信號模的代碼，而受控分頻器的輸出端則和轉(zhuǎn)換器的脈沖頻率指令輸入接口相接，該轉(zhuǎn)換器將代碼變換成脈沖寬度。本發(fā)明的電動裝置還包括一個接在轉(zhuǎn)換器上的電壓源，按照本發(fā)明的要求，它具有一個在脈沖延續(xù)周期中改變電壓變換單元，該變換單元的第一輸入接在電壓源上，而第二輸入接到振蕩發(fā)生器的輸出端，其輸出與將代碼變換成脈沖寬度謀浠黃韉氖淙胂嗔 最好的是，在閥門電動裝置中，在脈沖延續(xù)周期時改變電壓變換單元中，裝入一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，把脈沖延續(xù)周期電壓變換單元的第一輸入端作為模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，再裝入一個受控制的頻率分頻器，它的控制輸入端接到模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端，它的另一個輸入和輸出端分別用作相應的脈沖延續(xù)周期時電壓變換單元的第二輸入和輸出。
該閥門電動裝置可以消除因電壓源輸出端電壓波動造成的同步電機旋轉(zhuǎn)力矩的波動，其結果是擴展了同步電機旋轉(zhuǎn)速度的可調(diào)節(jié)范圍，并降低了它的波動。除此之外，還由于提高了閥門電動裝置的機械性能的剛性，可以簡化同步電機軸位置和它的旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)方法。
下面用具體實施方案和附圖
對本發(fā)明進一步說明。附圖中給出了符合本發(fā)明要求的閥門電驅(qū)動裝置的功能方塊圖。
閥門電動裝置具有一個同步電機(1)，它裝有軸位置傳送器(2)。在所給出的方案中，傳送器(2)由數(shù)字操縱，并包含一個移向器(3)。移向器的輸出接在零-部件(4)的輸入端上，而零-部件的輸出則接到移位寄存器(6)的存入審定輸入口(5)。移位寄存器的信息輸入口(7)與分頻器(8)的輸出端相接，分頻器可以用例如累加器構成。分頻器(8)的另一個輸出線接在多相電壓源(9)的輸入頭上，(9)的幾個輸出都接到移向器(3)的輸入口上。
軸位置傳送器(2)的輸出，也就是移位寄存器(6)的輸出，接在固定存儲器(10)的地址輸入口，存儲器(10)中已寫入同步電機(1)的線圈電源脈沖的寬度和極性代碼。在采用模擬輸出信號驅(qū)動同步電機的軸位置傳送器時，傳送器通過一模-數(shù)轉(zhuǎn)換器與固定存儲器(10)的輸入接口電聯(lián)接。
固定存儲器(10)的輸出總線接在把代碼轉(zhuǎn)換成脈沖寬度的變換器(12)的輸入端(11)，變換器的數(shù)量與同步電機繞組數(shù)目相等，在本發(fā)明的實施方案中是三個。本方案中每個變換器(12)都由一個讀出計數(shù)器(13)和一個雙路輸入邏輯單元(14“與”)構成。變換器(12)的控制輸入(11)同時也是讀出計數(shù)器的指令輸入端。而雙路邏輯元件14“與”接至讀出計數(shù)器13讀出輸入端15上，讀出計數(shù)器倒相輸出接至邏輯元件(14“與”)的輸入口(16)上，同時也作為變換器(12)的輸出。為了簡化閥門電驅(qū)動裝置的功能方框圖，圖上僅示出了一個變換器的原理線路。
所有變換器(12)的輸出端都接到轉(zhuǎn)換器(18)的脈沖寬度指令輸入(17)上。轉(zhuǎn)換器(18)的數(shù)目和同步電機(1)的線圈繞組數(shù)相同。本方案中每個轉(zhuǎn)換器(18)都包括有二只雙路輸入邏輯元件(19，20“與”)，它們的第一組輸入并聯(lián)在一起，并作為轉(zhuǎn)換器(18)的輸入(17)。邏輯元件(19-“與”)接至邏輯元件(21“異-或”)的輸出，同時也和“非門”(22)的輸入相連?！胺情T”(22)的輸出則接到邏輯元件(20“與”)的第二輸入口上。邏輯元件(19，20“與”)的輸出線接在開關(23)，(24)的控制輸入接口上。開關(23)，(24)的電源輸入線來自電壓源(25)，它們的輸出則并聯(lián)在一起，用作轉(zhuǎn)換器(18)的總輸出。這個輸出端直接接到相應的同步電機線圈上(圖中沒有繪出)。
“異-或”邏輯元件(21)的第一輸入用作轉(zhuǎn)換器(18)的脈沖極性的指令輸入(26)，同時也接到固定存儲器(10)的相應的輸入口上，而它的第二個輸入端則作為控制信號極性指令的輸入極(27)，在其上輸入了決定控制信號極性的值sign△g。所有轉(zhuǎn)換器(18)的輸入端(27)并聯(lián)在一起。為使閥門電動裝置的功能方框圖簡化，圖上只畫出了一個轉(zhuǎn)換器(18)的原理圖。
閥門電動裝置里還裝配有一個被控制的分頻器(28)。在本方案中是利用讀出計數(shù)器作為分頻器的，它的指令輸入則是分頻器(28)的控制輸入(29)。在控制輸入端(29)上輸入控制信號模｜△g｜代碼。受控分頻器(28)的輸出，也即與寫入輸入端相連的讀出計數(shù)器的借貸輸出，與把代碼轉(zhuǎn)變成脈沖寬度的變換器(12)的脈沖頻率指令輸入(30)相連。輸入(30)還作為邏輯元件(14“與”)的第二輸入。作為讀出計數(shù)器的讀出輸入端的受控分頻器(28)的輸入(31)連接在振蕩發(fā)生器(32)的輸出端。
振蕩發(fā)生器(32)的輸出端雇庇氳繆孤齔遄壞ピ 4)的輸入(33)相連，此單元把電壓轉(zhuǎn)變成脈沖延續(xù)周期，電壓脈沖轉(zhuǎn)換單元(34)的輸入(35)與電壓源(25)相接，而其輸出則接向把代碼轉(zhuǎn)換成脈沖寬度的變換器(12)的觸發(fā)輸入(36)。輸入線(36)是讀出計數(shù)器(13)的寫入輸入。
把電壓轉(zhuǎn)變成脈沖延續(xù)周期的轉(zhuǎn)換單元(34)，其實質(zhì)是閥門電動裝置中的一個反饋系統(tǒng)，它由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(37)和受控分頻器(38)構成。其中模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(37)的輸入由電壓-脈沖轉(zhuǎn)換單元(34)的輸入(35)充當，而受控分頻器的控制輸入接向模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(37)的輸出，另一個輸入和輸出端分別相應作為電壓-脈沖轉(zhuǎn)換單元(34)的輸入(33)和輸出。
受控分頻器(38)可以用類似于受控分頻器(28)的分頻器擔當，也就是說，可以用讀出計數(shù)器構成，讀出計數(shù)器的借貸輸出端與寫入輸入端相連。
在上述的同步電機軸位置傳送器(2)線路中，由于使用了分頻器(8)的緣故，必須要有一個脈沖發(fā)生器。因此，利用振蕩發(fā)生器(32)作為所需的脈沖發(fā)生器，它的輸出就連到分頻器(8)的輸入。
閥門電動裝置是以下述方式工作的。同步電機的軸位置傳送器(2)的分頻器(8)把振蕩發(fā)生器(32)產(chǎn)生的頻率fo分割為2n份，這里n是指用以構成振蕩發(fā)生器的計算機的數(shù)位數(shù)量。按照分頻器(8)給出的信號，多相電壓源(9)形成了一個相互之間相位相對位移了的信號，例如，頻率為fo/2n的正弦波信號，該信號輸入到移相器(3)的多相繞組，移相器的轉(zhuǎn)子和同步電機的軸是連在一起的(圖上沒有示出)。移相器(3)的輸出信號加到零-部件(4)上，在此零-部件的輸出端產(chǎn)生的是矩形脈沖。根據(jù)進入移位寄存器(6)的輸入線(5)的這些脈沖前沿，把來自分頻器(8)的軸位置代碼寫入移位寄存器(6)。此代碼由同步電機(1)的轉(zhuǎn)子位置決定，并指令定子磁場的取向，例如，與轉(zhuǎn)子的磁場相垂直，從而保證同步電機(1)具有最大的旋轉(zhuǎn)力矩。軸位代碼輸入到固定存儲器(10)的地址輸入口，固定存儲器中已寫入了與間步電機(1)三個相相對應的電源脈沖Ni(此外i指相位號)寬度的代碼，同時還寫入了這些脈沖極性的代碼，這些代碼，可以在已把所有各種軸位代碼存儲入移位寄存器中的情況下，保證定子和轉(zhuǎn)子的兩個磁場相互垂直，同時還保證旋轉(zhuǎn)力矩波動最小。K-電源脈沖Ni寬度數(shù)位的碼輸入到把代碼轉(zhuǎn)換成脈沖寬度的變換器(12)中的讀出計數(shù)器(13)，其寫入頻率為f＝fo/Ku (1)式中Ku是將電壓變成脈沖延續(xù)周期轉(zhuǎn)換單元(34)中模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(37)的輸出端上的電壓代碼。是由于電壓轉(zhuǎn)換單元(34)中的受控分頻器(38)把振蕩發(fā)生器(32)的發(fā)生頻率fo減少到Ku分之一，才得到式(1)的結果的。
按照受控分頻器(38)的輸出信號的前沿，經(jīng)過變換器(12)的寫入輸入線(36)，把代碼輸入進讀出計數(shù)器(13)。存入代碼后，在計數(shù)器(13)的借貸輸出端就出現(xiàn)邏輯“1”信號，它指令開始觸發(fā)線圈電源脈沖。這時，邏輯“1”信號同時還迭加在邏輯元件(14“與”)的輸入端(16)上，所以同時使脈沖從受控分頻器(28)的輸出進入計數(shù)器(13)的讀出輸入口(15)。這些脈沖的頻率等于fo/｜△g｜，這里，｜△g｜為控制信號模的代碼，控制信號是從外部設備中加在分頻器(28)的控制輸入端(29)上的。因此，在讀出計數(shù)器(13)的借貸輸出端上，邏輯“1”能夠存在的時間間隔長度ti為ti＝Ni·｜△g｜/fo(2)在讀出計數(shù)器(13)的輸出端上代碼為零時，借貸信號也變?yōu)檫壿嫛?”，其結果是，閉鎖了通過邏輯元件(14“與”)加在計數(shù)器讀出輸入端上的脈沖。
同步電機(1)的反向運動是采取變換同步電機線圈電源脈沖的極性的方法實現(xiàn)的，這些脈沖來自固定存儲器(10)的相應輸出端，并在轉(zhuǎn)換器(18)中的邏輯元件(21“異-或”)的幫助下產(chǎn)生的。由于這種變換的結果，在改變控制信號Sign△g的極性過程中，原先是從變換器(12)的輸出端進入轉(zhuǎn)換器(18)的脈沖寬度指令輸入(17)端，例如，經(jīng)過邏輯元件(19“與”)加在開關(23)上的信號，現(xiàn)在將經(jīng)過邏輯元件(20“與”)進入開關(24)的控制輸入端。這時，同步電機線圈將與電壓源(25)的另一極相通庋詵聰蚯?，就可以哉E桓謀淥哪Ａ殼榭魷路醋降緇男?，因而同时可翼嶜除力矩的波动?因為同步電機(1)的線圈電源脈沖頻率等于式(1)中的f，所以計入式(2)后，加在第i個線圈上的平均電壓值將由下式?jīng)Q定Ui=tif·u= (Ni｜△g｜·f)/(f0) ·U= (Ni｜△g｜)/(Ku) (3)式中U是電源(25)的輸出電壓。
很明顯，第i個線圈上的平均電壓值與電源電壓U的大小無關(在Ui＜U的條件下)。因而電壓源(25)輸出端上經(jīng)常發(fā)生的電壓U的波動和漂移將不會影響同步電機的旋轉(zhuǎn)力矩。在采用整流和濾波的辦法把交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷倪^程中，這樣的電壓波動和漂移是不可避免的。
電壓源(25)總是有一個有限值的內(nèi)阻，因此，由于電流流經(jīng)它時的壓降，必然會使加在同步電機(1)的線圈上的電壓降低。借助于在脈沖延續(xù)期把電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖延續(xù)周期的轉(zhuǎn)換單元(34)，線圈電源脈沖延續(xù)周期將按照式(1)相應地減小，這樣就導致了負載力矩對同步電機(1)的旋轉(zhuǎn)速度的影響減弱，也即提高了閥門電動裝置的機械性能的剛度。機械性能的剛度的提高降低了閥門電動裝置的電動機構的時間常數(shù)，從而簡化了它的位置和速度的調(diào)節(jié)過程。
權利要求
1.一種閥門電動裝置，它包括一個帶有軸位置傳送器(2)的同步電機(1)，軸位置傳送器的輸出與固定存儲器(10)的地址輸入是電聯(lián)系的，在存儲器中存入了同步電機線圈的電源脈沖寬度和極性的代碼，固定存儲器的輸出總線接向變換器(12)的控制輸入口(11)，變換器把代碼轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)同步電機(1)線圈匝數(shù)而定的脈沖寬度，變換器的輸出接到轉(zhuǎn)換器(18)的脈沖寬度指令輸入線(17)上，脈沖寬度按同步電機線圈匝數(shù)而定，轉(zhuǎn)換器(18)的脈沖極性指令輸入線(26)接在相應的固定存儲器(10)的輸入口，而控制信號的極性指令輸入線并聯(lián)在一起，并在其上加上了攜有控制信號極性值的信號，轉(zhuǎn)換器的輸出線接在同步電機(1)的線圈上；閥門電動裝置還包含一個振蕩發(fā)生器(32)，它的輸出端與被控分頻器(28)的輸入端相連，分頻器(28)的控制輸入端(29)上輸入控制信號模的代碼，而其輸出端接在變換器(12)的脈沖頻率的指令輸入口，此變換器把代碼轉(zhuǎn)變成脈沖寬度；閥門電動裝置還有一個接在轉(zhuǎn)換器(18)上的電壓源(25)，此電壓源與眾不同的是，它有一個把電壓轉(zhuǎn)變成脈沖延續(xù)周期的轉(zhuǎn)換單元(34)，轉(zhuǎn)換單元的第一輸入(35)接在電壓源(25)上，其第二輸入端(33)接在振蕩發(fā)生器(32)的輸出端，而轉(zhuǎn)換單元的輸出則接到把代碼轉(zhuǎn)換成脈沖寬度的變換器(12)的觸發(fā)輸入端。
2.按照權利要求1所述的閥門電動裝置，其特征為，在把電壓轉(zhuǎn)變成脈沖延續(xù)周期的轉(zhuǎn)換單元(34)中裝有模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(37)和受控分頻器(38)，轉(zhuǎn)換器(37)的輸入端充當把電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖延續(xù)周期的轉(zhuǎn)換單元(34)的第一輸入端(35)，受控分頻器(38)的控制輸入端接在模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(37)的輸出端上，而另一個輸入端和輸出端則分別相應作為把電壓轉(zhuǎn)變成脈沖延續(xù)周期的轉(zhuǎn)換單元(34)的第二輸入端(33)和輸出端。
全文摘要
閥門電動裝置的同步電機軸位置傳送器作為固定存儲器的地址輸入。存儲器的輸出總線接變換器的控制輸入，變換器把代碼轉(zhuǎn)換成脈沖寬度，其輸出接轉(zhuǎn)換器的脈沖寬度指令輸入，轉(zhuǎn)換器的脈沖極性指令輸入接固定存儲裝置的輸出端，輸出接同步電機的線圈。還有一個轉(zhuǎn)換單元把電壓轉(zhuǎn)換成脈沖延續(xù)周期，其輸入接電壓源和振蕩發(fā)生器，輸出接變換器的觸發(fā)輸入。分頻器的控制端輸入控制信號模的代碼，其輸出接變換器的脈沖頻率指令輸入。
文檔編號F16K31/04GK1031127SQ8710537
公開日1989年2月15日 申請日期1987年8月5日 優(yōu)先權日1987年8月5日
發(fā)明者朱德米拉·伊瓦諾納·馬米克黑納, 阿萊桑德·瑟吉·尼科拉維奇希多魯克, 伊格爾·米克哈洛維奇·楚申科夫 申請人:白俄羅斯國立列寧大學